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【発明の名称】 計量デバイス
【発明者】 【氏名】クリスティアン シュルンマー

【氏名】スーザン ハビビ − ナイニ

【要約】 【課題】計量デバイスを提供すること。

【構成】べたべたした流体又は糊状組成物に、特にプラスチック溶融物に添加剤を供給するための計量デバイス3は、流体を受け入れる通路セクション29を備え、流体は通路セクション29、及び/又は流体が周りを流れうる他の通路セクション30を貫流する。流れが通る通路セクション29、及び/又は流れが周りに生じる通路セクション30は、少なくとも1つの計量要素31を含む。通路セクション29、30は、計量要素31を受け入れるための凹み32を備え、この凹み32は通路セクション29、30により四方を囲まれ、計量要素31はこの凹み32の中に保持される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
べたべたする流体又は粘性のある、流動性糊状組成物に、特にプラスチック溶融物に、添加剤を供給する計量デバイス(3)であって、前記流体を受け入れる通路セクション(29)を備え、前記流体は前記通路セクション(29)及び/又は前記流体が周りを流れうる他の通路セクション(30)を貫流し、流れが通る前記通路セクション(29)及び/又は流れが周りに生じる前記通路セクション(30)は少なくとも1つの計量要素(31)を含み、前記通路セクション(29、30)は、前記計量要素(31)を受け入れるための凹み(32)を備え、前記凹み(32)は全周にわたって前記通路セクション(29、30)と接し、前記計量要素(31)は前記凹み(32)内に保持されることを特徴とする計量デバイス(3)。
【請求項2】
少なくとも1つの他の先行する通路セクションは、上流で前記流体を受け入れる前記通路セクションと隣接し、さらに少なくとも1つの他の後続の通路セクションは、下流で前記流体を受け入れる前記通路セクションと隣接し、前記通路セクションは、外すことができない接続部(38)により前記隣接する通路セクションに接続されうる請求項1に記載のデバイス。
【請求項3】
前記接続部(38)は、溶接接続部を含む請求項2に記載のデバイス。
【請求項4】
前記通路セクションが接する前記流れ空間内に、少なくとも1つの静的混合要素(24)を備えることができる請求項1に記載のデバイス。
【請求項5】
前記静的混合要素(24)は、通路セクションの一部(29、33、34)として作ることができ、特に、前記混合要素及び前記通路セクションは、鋳造部分として作られるか、又は溶接接続部、ハンダ付け接続部、又は形状にマッチした方法で接続されうる請求項4に記載のデバイス。
【請求項6】
前記計量要素(31)は、実質的に円形の供給路断面(39)を有する請求項1から5までのいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項7】
前記計量要素は、長手方向側面(40)及び幅方向側面(41)を有する供給路断面(39)を備え、前記長手方向側面(40)と前記幅方向側面(41)との比は、少なくとも1.25となる請求項1から5までのいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項8】
前記計量要素は、凸型及び/又は凹型の限界曲線(42)を断面内に有する、及び/又はまっすぐの長手方向側面(40)を断面内に有する供給路断面(39)を有する請求項1から7までのいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項9】
前記計量要素(31)は、多孔質又は毛細管状構造を有する請求項1から8までのいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項10】
前記断面は、円柱形、円錐形、断面円柱形、及び/又は前記計量要素(31)の主軸に平行な断面内で断面毎に異なる直径を有する円錐にされる請求項1から9までのいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項11】
前記計量要素(31)は、流路の内側に突き出る請求項1から10までのいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項12】
2つの隣接する計量要素(31)は、互いに、少なくとも最小直径と同じサイズ、都合がよいのは、前記計量要素の最小直径の1から1.8倍、特にこの直径の1から1.6倍、特に好ましくはこの直径の1から1.5倍である間隔を有する請求項1から11までのいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項13】
計量要素(31)が占有する前記通路セクション(29、30)の前記表面の部分は、1000バールの最大動作圧のときに合計で最大20%になる請求項1から12までのいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、べたべたする、粘性のある、若しくは糊状の組成物、特にプラスチック溶融物に入れる添加剤を、連続的に、準連続的に、又は不連続に計量する計量デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
ドイツ特許第19853021A1号による従来技術から、スクリュー・シリンダー中で可塑化ポリマーへの物理発泡剤を計量することが知られている。次いで、スクリューは、ポリマー発泡剤混合物を、定義済みダイナミック・ヘッドに対していわゆる貯蔵シリンダー内に運び込む。計量段階が完了した後、溶融物は、貯蔵シリンダーから高速でキャビティ内に注入される。キャビティ内に注入される計量済みポリマー体積は、キャビティの体積よりも小さく、これは、低圧プロセスの特徴である。この場合、このモールド・キャビティは、溶融物を泡立てることによってのみ、完全に充填され、この泡立てプロセスは、流路にそった溶融物の圧力低下によりトリガされる。この接続における内部工具圧力は、合計するとおおよそ70bar未満となる。低圧プロセスの欠点は、製造された成形部品の表面品質が高い頻度で劣るという点である。表面品質を改善するために、100バールの内部工具圧力を使用するいわゆる高圧プロセスを用いることができる。
【0003】
そこで、成形部品の表面品質を改善するために、発泡成形部品の製造に高圧プロセスを使用することがドイツ特許第19853021A1号において提案されている。このプロセスでは、工具キャビティ全体が、溶融/発泡剤混合物で満たされ、その際に、工具体積は製造される成形部品の体積よりも小さい。射出段階の後の保持圧力段階において、成形部品のマージン層は、閉じたマージン層を製造するために圧縮される。発泡は、工具キャビティの拡大により開始される。このタイプの高圧プロセスは、100バールの内部工具圧力と連動する。このプロセスで不都合なのは、良好な製品品質を得るために特定の製品専用に製作された工具を使用しなければならないという点である。工具キャビティの上述の拡大は、浸漬縁取り工具を使用することにより、又はコアを描画することにより実行することができる。このタイプの、特に稼働挿入部分のある、工具の製造は、高い精度を必要とする。標準的な射出成形機は、発泡剤を溶融物中に送り込むために事前可塑化が必要なため、修正せずにいわゆる物理発泡剤を使用しつつ、発泡熱可塑性成形部品を製造するのには使用できない。発泡剤を充填したこの溶融物は、プランジャ式射出を使って工具内に導入される。物理発泡剤を溶融物流内に計量しつつ均質に導入するために、ドイツ特許第19853021A1号に従って、スクリュー・シリンダー内で可塑化されたポリマーは、溶融物通路の中心に置かれ、外部被覆が焼結金属でできている魚雷の周りのリング・ギャップ内に導かれ通される。リング・ギャップの外側境界は、同様に焼結金属から製造されるシリンダーにより形成される。発泡剤は、魚雷の多孔質外部被覆とシリンダーの焼結金属表面の両方を介して溶融物内に導入することができる。
【0004】
ドイツ特許第19853021A1号に示されている魚雷の代わりに、物理発泡剤、特にガス状発泡剤の供給は、ドイツ特許第10150329A1号に示されていたように、多孔質材料からなるシリンダーを介して行われ、可塑化シリンダーと射出成形機のシャットオフ・ノズルとの間に取り付けられる。静的混合要素は、多孔質シリンダーの内部に配列され、溶融物通路内に延び、射出段階で溶融物の再配列及び最初に静止していた不均質ポリマー/発泡剤系の混合を行うウェブを有する。
【0005】
シャットオフ・ノズルを使って圧力室のボア内に保持される、ドイツ特許第10150329号A1号に示されている多孔質シリンダーは、多孔質シリンダーが十分な圧力抵抗を有していないため、高圧プロセスにおいて問題となる。
【0006】
シリンダーは、内部圧力による張力を受ける。シリンダーの端部面に対する張力sigmaは、
【数1】



となる。
【0007】
対照的に、シリンダーの被覆表面の張力sigmaは、
【数2】



となる。
【0008】
ドイツ特許第10150329A1号に示されている配列をとる多孔質シリンダーは、そこで、端部面取付けにより圧縮してプレストレスを与えることが許容される。しかし、最大の引張荷重は、端部面にはまったく生じないが、ドイツ特許第10150329A1号の断面図に示されている被覆面にそっては生じるため、この被覆面だけにそったひび割れによりシリンダーの不具合が生じる危険性は、内部圧力が増大するときには、いぜんとして低減されることはない。それに加えて、シリンダーは、多孔質材料でできており、このため、シリンダーは、機械的に制約を伴う張力によってのみ装填可能である。
【0009】
このような理由から、ドイツ特許第10150329A1号に示されている配列は、高い動作圧が少なくとも計量が行われるその断面に加わるプロセスの枠組みの中で、添加剤を計量する場合、特に発泡剤を計量する場合に、適切でないか、又は限られた範囲でしか適していない。流れの主要な方向に平行に取り付けられている多数の計量要素が発泡剤の送り表面の拡大のため含浸体内に用意される欧州特許第06405129.5号による一実施例も、計量が低動作圧において行われる方法で使用するのに特に適している。計量要素は、実質的に、ポリマー溶融物が流れる際に通る多孔質中空体として作られる。静的混合要素は、中空体中を貫流する全ポリマー糸にわたって発泡剤の均質化をもたらす中空体の内部に備えることができる。中空体を通るポリマー糸の流れとは別に、中空体の周りを流れるポリマーを用意することもできる。中空体中の微細孔を介してポリマー溶融物中に送られる発泡剤は、1つ又は複数の中空体の内部に配置される。計量要素の上で説明したばかりの実施例は、射出成形プロセスでは低いキャビティ圧力でも高い射出圧力が発生し、ひび割れが形成され計量要素に不具合が生じる可能性があるため、制限付きでしか、両方の低圧法及び特に高圧法にも適していない。
【0010】
静的混合要素を多孔質シリンダーの内壁に取り付けることは、さらに未解決の問題となっている。1つ又は複数の混合要素を取り付けることによりシリンダー被覆物内にさらに歪みが持ち込まれる。さらに、これらの歪みの大きさは、溶融物が工具キャビティ内に流れ込んだときにダイナミック・ヘッドの下で可塑化された溶融物の圧力低下が生じるため、周期的に変化する。これにより、それぞれの射出サイクルで繰り返される圧力変動が生じ、その結果、周期的に変動する力が、従来技術ではこれまでに開示されていなかった多孔質シリンダー上の静的混合装置の締め付け要素内に加えられる。
【0011】
このタイプの問題に対する解決策は、国際公開第2004037510A1号に示されている、物理発泡剤をポリマー溶融物流に充填するための計量要素の配列により実現されうる。そこに示されている配列では、往復スクリューの後に配列される多孔質シリンダーの代わりに、一連のいわゆる動的混合要素、つまり往復スクリューとともに移動可能な混合要素が備えられ、これを介して、発泡剤が同時に供給される。
【0012】
しかし、混合及び計量要素の混合効果は、剪断力の影響を受けやすい、また滞留時間の影響を受けやすい材料の場合には都合の悪い効果であることが示されている。このような理由から、欧州特許第06405123.8号に従って、運ぶことのみが行われ、均質化も混合も行われないLSR(液体シリコン・ゴム)などのこのタイプの材料にスクリュー・コンベヤーが使用された。
【0013】
発泡剤を送るため中空体と連動するすべての計量要素では、制限付きで圧力歪みに対してのみ耐えられるというのはふつうのことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明の目的は、剪断力の影響を受けやすい媒体及び滞留時間の影響を受けやすい媒体について低圧又は高圧プロセスで使用することが可能になるように計量要素を改善することである。
【0015】
本発明の他の目的は、永続的応力が加わっていても圧力循環の下で添加剤用の通路開口部のノッチ効果によりひび割れ形成が生じないように計量要素の構造を設計することである。
【0016】
この目的は、請求項1で定義されている計量デバイスにより達成される。計量デバイスは、流体又は粘性のある及び/又は流れる糊状組成物を取り入れる第1の通路セクションを備え、流体は通路セクション及び/又は流体が周りを流れうる他の通路セクションを貫流する。流れが通る通路セクション、及び/又は流れが周りに生じる通路セクションは、少なくとも1つの計量要素を含む。第1の通路セクションは、他の通路セクションとともに、圧力抵抗性材料からなる。第1及び他の通路セクションは、計量要素を受け入れるための凹みを備え、この凹みは通路セクションの材料により四方を囲まれ、計量要素はこの凹みの中に保持される。
【0017】
計量要素の有利な実施例は、従属する請求項の主題である。少なくとも1つの他の先行する通路セクションは、上流で流体を受け入れる通路セクションに接し、少なくとも1つの他の後続の通路セクションは、下流で流体を受け入れる通路セクションに接する。通路セクションは、外すことができない接続部により隣接する通路セクションに接続され、この接続部は特に溶接接続部を含むことができる。通路セクションが接する流れ空間内に、少なくとも1つの静的混合要素を備えることができる。静的混合要素は、通路セクションの一部として作られ、混合要素及び通路セクションは、特にダイカスト鋳造部品として作られる。計量要素は、実質的に、円形の供給路断面を有する。これとは別に、計量要素は、長手方向側面及び幅方向側面を有する供給路断面を持ち、長手方向側面と幅方向側面との比は、少なくとも1.25となる。これとは別に、又はすでに説明されている実施例と組み合わせると、計量要素は、凸型及び/又は凹型の限界曲線を断面内に有する、及び/又はまっすぐの長手方向側面を断面内に有する供給路断面を有する。上述の実施例のいずれかによる計量要素は、多孔質又は毛細管構造をとることができる。断面は、円柱形、円錐形、断面円柱形、及び/又は計量要素の主軸に平行な断面内で断面毎に異なる直径を有する円錐にされる。計量要素は、適宜、流路の内側に突き出る。2つの隣接する計量要素は、互いに、少なくとも最小直径と同じサイズ、都合がよいのは、計量要素の最小直径の1から1.8倍、特にこの直径の1から1.6倍、特に好ましくはこの直径の1から1.5倍である間隔を有する。計量要素が占有する通路セクションの表面の部分は、1000バールの最大動作圧のときに合計で最大20%である。
【0018】
本発明は、図面を参照しつつ説明される。図面を参照されたい。
【実施例】
【0019】
図1には、液体の、粘性のある、又は糊状の媒体中に入る発泡剤を計量するためのデバイスの第1の実施例が示されている。液体媒体は、特に、ポリマー溶融物などの高粘度の液体である。
【0020】
糊状媒体は、例えば、LSRポリマー系を含む。ここでは、LSRとは、「液体シリコン・ゴム」のことである。LSRは、2成分ポリマー系であり、その成分は、個別に反応することはなく、また所定の方法で設定することができる特性を有するものが市販されている。LSR成分は、成形部品に加工するための糊状組成物として存在する。これらは、特殊なポンピング、計量、及び混合技術を使って、組み合わされ、成形組成物を形成する。加硫反応は、温度を高めながら(150から200℃まで)複数の成分を混合することにより成形組成物内に引き起こされる。この反応は、例えば、白金触媒添加加硫反応として発生し、ポリシロキサンが、短ポリマー鎖からなる加硫剤と、白金触媒の影響下で反応する。加硫及び触媒は、加硫反応を実行するための部分的手段であり、2つの成分が加硫剤の影響下で成形組成物を形成する。このプロセスでは、加硫剤が、ポリシロキサンとPt触媒に加えられる。
【0021】
他の応用分野としては、発泡性ポリマー溶融物の加工がある。このタイプのポリマー溶融物は、通常、粒状物からの熱供給により得られ、この粒状物は、文献では可塑化シリンダーとも呼ばれ、適宜加熱装置を備える、シリンダーにより搬送されると都合がよい。粒状物は、通常、シリンダー内で、溶融物、つまり流動性媒体に転換される。流動性媒体には、添加剤、つまり、特に発泡剤、好ましくは物理発泡剤、染料、活性薬剤、加工助剤、水処理用物質、又は白墨、滑石粉、若しくは繊維物質、特にガラス長繊維のような充填材であってよい、気体若しくは液体物質が加えられ、その後、前記媒体は、さらに押し出しプロセスで成形組成物として連続処理されるか、又はさらに、射出成形プロセスでバッチ毎に処理され、少なくとも部分的に発泡されている成形部品を形成することができる。以下では、流動性媒体、特に溶融物は、添加剤がすでに混合されており、これを成形組成物と称するものとする。
【0022】
この成形組成物は、射出成形機に供給され、これにより、準備され、固体ポリマー成形部品を形成するために処理される、成形部品の寸法に合わせた金型内に射出されることができる。本発明の場合、射出成形プロセスは、成形工具のキャビティ内に入る成形組成物の計量は不連続に行われるため、不連続プロセスとみなすべきである。他の実施例によれば、成形組成物は、射出成形機でしか生成されない。この場合、計量デバイスは、射出成形機内に直接配列される。この場合、添加剤の計量は連続的に実行されるため、この応用例の射出成形プロセスは、計量デバイスの働きに関して連続プロセスと考えることができる。
【0023】
これとは別に、成形組成物は、さらに、連続プロセスで、例えば、ブロー・フィルム押し出しプロセス、異形押し出しプロセス、フィルム押し出しプロセス、管押し出しプロセス、板押し出しプロセス、押し出しブロー成形プロセス、又はフォーム押し出し成形プロセスで処理することができる。
【0024】
本発明による計量デバイスは、さらに、射出成形プロセス及び押し出し成形機を含む併用プロセスにおいて使用することもできる。特に、いわゆる「ショットポット」機は、押し出し成形機と射出成形機との組合せであるこのタイプの併用プロセスに使用される。とりわけ、物理発泡剤は、計量デバイスを使って、押し出し成形機内で、及び/又は押し出し成形機の後で計量することができる。
【0025】
ショットポット機は、例えば、PET予備成形物の射出成形、高射出重量の成形部品の射出成形、フォーム射出成形、IMC(射出成形配合機)などの応用例で使用される。
【0026】
ショットポット機は、とりわけ、低いプロセス開始漏れ流量のみが生じるため、射出プロセスは非常に正確に実行できるという利点を有する。他の結果としては、高い射出速度を実現できるという点が挙げられる。射出ユニットは、ほとんどの場合、圧縮空間及び/又は体積貯蔵空間、及び成形組成物の圧縮及び押し出し用の搬送ピストンを備え、これにより、圧縮空間のサイズ及び/又は体積貯蔵空間のサイズが可変である。射出ユニット及び計量デバイスは、ショットポット機内で減結合され、これにより、高可塑化性を有し、同時に成形組成物に低剪断力を作用させる2軸スクリュー押し出し機は、例えば、IMCとともに使用することができる。このような理由から、ショットポット機は、剪断力に敏感に反応する材料に適している。ショットホット機の他の利点は、発泡成形部品の射出成形、フォーム射出成形に適しているという事実に見られ、これは、押し出し成形機と射出成形機とを組み合わせたことの帰結である。押し出し成形機、特に2軸スクリュー押し出し機を使用する他の利点は、押し出し成形機内で配合を行うことができるという事実にある。こうして、配合と成形部品への配合組成物の加工との組合せは、ショットポット機で行うことができる。成形部品の製造の自由度を高めるために、ショットポット機において2つの方法工程の組合せを用いる。配合は、必要に応じて実行することができ、これにより、すでに配合されている組成物の送出に依存しなくて済む。それに加えて、配合組成物は、このタイプの混合物はその組成に応じて限られた範囲でしか貯蔵できないため、貯蔵時に時効過程に曝される危険性がある。
【0027】
2軸スクリュー押し出し機は、特に、配合に使用され、配合では、低剪断力が押し出し成形される組成物又は押し出し成形され混合される個々の成分に加えられる。繊維物質は、2軸スクリュー押し出し機を使って組成物中に混合できると都合がよく、特に、いわゆる粗紡として存在する繊維の場合である。破損、したがって繊維の短縮は、平均繊維長が従来技術に関して実質的に延ばされるように低剪断力によりかなり回避される。その結果、繊維長の増大とともに材料強度が増すので、繊維補強組成物に対し強度値が改善される。
【0028】
複数の成分、図1に示されている場合の2つの成分から成形部品を製造するための設備の有利な実施例によれば、これらの成分のそれぞれについてリザーバー1が用意され、そこから搬送装置4を介して計量デバイス内に複数の成分が送り込まれる。このタイプの搬送装置4は、ポンプ2として作られる。搬送装置4は、往復スクリュー7上に回転可能なスクリュー6が配置されているシリンダー5として作られる。このタイプの搬送装置は、成分の個数及び物理特性、とりわけその粘度に対する依存関係において望むとおりに組み合わせることができる。図1に示されている設備は、エラストマー処理に使用することができ、特に、エラストマーの発泡に使用することができる。この応用例では、搬送装置全体は、前後移動を実行することができ、これにより搬送装置は、望み通り、他の設備部品に結合し、また分離することができる。この前後移動は、矢印8により示される。
【0029】
それに加えて、スクリュー及び往復スクリューは、流体の、粘性のある、べたべたした、又は糊状の組成物の搬送を改善するためにシリンダー5内で振動運動を引き起こすことができる。振動運動を実行するために、往復スクリュー7は、流体又は糊状組成物の入口スタブ9が配置されている端部の往復スクリューの断面に関して断面積が拡大されている、ピストン10を備える。ピストン10の2つの向かい合って配置されている端面は、圧力媒体により相互に作用することができ、これにより、振動運動を往復スクリュー内に発生させることができる。このタイプの回転可能及び/又は振動往復スクリューは、特に、搬送される成分がべたべたする流体或いは粘性のある、糊状の、若しくは流動性のある成分として、又は粒状物として、又はエラストマー・ストリップとして存在するときに使用される。粒状物又はエラストマー・ストリップは、シール・ポット13及び回転弁14などの計量手段を介して往復スクリュー7とスクリュー5との間の媒体空間内に導入される。粒状物又はエラストマー・ストリップは、さらに加工するために溶融され、このような理由から、シリンダー5は、加熱装置15を備えることができる。
【0030】
搬送される流体がすでに液体形態で存在する場合、往復スクリューなしで済ますことができる。コンベヤー・シリンダー17内で振動する形で移動可能なように支えられている、単純なコンベヤー・ピストン16は、このタイプの成分を搬送するために使用される。温度制御のため、及び/又は計量デバイス内に送り込み温度を生じさせるために、コンベヤー・シリンダーは、加熱装置18を備えることができる。
【0031】
設備がLSRの製造に使用されなければならない場合、これらの成分は、短ポリマー鎖からなる加硫剤を含むポリシロキサンである。添加剤は、特に、CO、N、ペンタンなど炭化水素化合物、又は指定されたガスの混合気などの発泡剤を含む。
【0032】
図2において、図1から派生する形で、その主題としてべたべたした若しくは粘性のある流体の押し出し成形又は粒状形態で存在する原料の加工が行われる設備が示されている。粒状物は、それ自体、複数の成分の混合物であってよい。粒状物は、多くの場合、押し出し時に搬送装置4を通して搬送されるだけでなく、少なくとも部分的に溶融されるべきポリマーである。このような目的に関して、粒状物は、回転弁14などの投与手段を介してシール・ポットから、スクリュー6を備える往復スクリュー7が配置されているシリンダー5内に搬送される。往復スクリューは、回転手段19により回転するように設定することができ、及び/又は圧力流体による作用を受けることが可能なピストン10などの振動する駆動手段により前後に動かすことができる。このタイプのピストンは、通常、往復スクリューに関して拡大された断面表面を有する。
【0033】
粒状物として存在する原料を溶融状態に転換するために、粒状物の融点の位置に応じて、加熱装置15が適宜備えられる。シリンダー5を通して搬送される成形組成物は、その後、シャットオフ手段20を適宜備える通路を介して計量デバイス3内に搬送される。例えば、シャットオフ手段20は、逆止弁を備えることができる。図1に関してすでに述べられているように、発泡剤などの添加剤の添加は、計量デバイス3内で行われる。混合すべき添加剤が発泡剤である場合、一般に、未混合を回避するために、シャットオフ手段が備えられなければならない。成形組成物内の圧力は、シャットオフ手段を使用することにより調節することができ、これにより、無用の未混合プロセスが回避され、成形組成物は、特に、発泡剤が溶解された形で成形組成物中に存在することが確実なものとされる圧力に維持することができる。
【0034】
シャットオフ手段20は、加硫、塗料、難燃剤などの混ぜ合わせが設備内で行われなければならない場合には省くことができる。このタイプの添加剤は、混合プロセスの後、混合状態のままであるため、成形組成物に存在する確定圧力を維持するシャットオフ手段の機能がなくて済む。
【0035】
図1に示されている変更形態とは対照的に、図2の実施例によれば、添加剤を含む溶融物は、圧縮空間及び/又は体積貯蔵空間23内で圧縮される。溶融物内で圧力を上昇させることにより、未混合プロセス及び/又は溶融物内に含まれる発泡剤による早期発泡が発生することが避けられる。圧縮については、圧力平衡ピストンの機能も生じさせることができる図2に示されている搬送ピストン16は、溶融物内の圧力増大に使用することができる。次いで、圧縮された溶融物は、ノズル21を通して放出される。計量デバイス3は、シャットオフ手段20と図2の圧縮/体積貯蔵空間との間に配列される。そのため、添加剤の計量は、シリンダー5内の溶融物の搬送圧力よりも高い圧力で実行することができる。計量デバイス3内の静的混合要素24の配列により、一方では、供給される添加剤が成形組成物と完全に、また一様に混合され、他方では、混合が連続的に、また完全に行われることが確実になる。計量デバイスから出た後、特に気体又は高揮発性発泡剤である添加剤が溶解形態で存在する溶融物が存在する。互いに大幅に異なる物理特性を有する混合しにくい成分との未混合プロセスは、添加剤が高圧のせいで溶融物中に溶解状態で残っているため圧縮空間内では除外されるも同然となりうる。溶融物は、ノズル21を介して圧縮空間23から出る。
【0036】
特に、物理発泡剤などの気体、液体、又は過臨界添加剤を使用すると、発泡剤の気泡拡散速度が増大するので、圧力が低下するとともに混合の傾向が高まる。そのため、定められた均質なフォーム構造を持つ発泡成形組成物の形成は、圧力及び/又は温度を設定することによりノズルから溶融物が出た後に生じうる。押し出しプロセスでは、溶融物は、ノズルから連続的に出るため、管状、糸状、又は紐状の押し出し生成物が得られる。
【0037】
使用される設備も、すでに述べられている押し出しプロセスの1つで使用するのに適している。図2に示されているノズルは、この目的に関して、流路内に同心円状に配列されたガス・ノズル22を含み、このノズルを通して、ガスが圧縮ポリマー溶融物内に送り込まれ、これにより、ノズルから出た後に増大するポリマー溶融物の内部にキャビティが形成され、その結果、中空コアを有する管の形態の生成物である管状生成物が生じる。
【0038】
ガス・ノズル22の代わりに、又はそれに加えて、シャットオフ手段がノズル21内で使用される場合、射出成形プロセスにおける成形部品の不連続製造と同様にして設備を使用することができる。
【0039】
計量デバイス3から出る成形組成物は、成形工具26のキャビティ25内に射出され、その際に、圧力の低下が生じる。装置に関して、混合された成形組成物は、混合デバイスを出た後、接続デバイスに通され、前記接続デバイスを使って成形組成物の計量が実行される。この接続デバイスは、圧力平衡ピストンとして使用できるだけでなく、シャットオフ手段20の下流で溶融物の圧力を高めることもできる図2に示されている搬送ピストン16を備えることができる。成形組成物の計量に使用される定められた溶融物体積により充満される空間は、搬送ピストンの変位により生じる。したがって、ピストン空間は、成形工具に特有の溶融物体積の計量を行うため射出成形プロセスに用意される計量デバイスとして使用することができる。さらに、この計量デバイスは、ノズル、特に、スロットル・ノズルを備えることができる。射出体積流量は、射出成形工具のキャビティ内への射出の速度とともに、スロットル・ノズルにより制御することができる。キャビティを加熱することで、加硫反応を加速することができる。
【0040】
図3には、液体の又は糊状の媒体中に入る、添加剤、特に発泡剤用の計量デバイスを備える設備に対する第3の実施例が示されている。液体媒体は、特に、ポリマー溶融物などの高粘度の液体とすることも可能であり、ポリマー溶融物は、特に、発泡成形部品の生産のため設備内で使用することができる。図1に示されている搬送装置に類似の搬送装置4は、粒状物として存在するポリマーの液状化に使用され、搬送装置は、特に、押し出し成形機として形成することができる。図1から逸脱するが、搬送装置4は、通常、振動運動用に設計されてはいないが、シリンダー及び往復スクリューの共通軸を中心とする回転運動を実行する。スクリュー及び/又は往復スクリューの振動運動は、成形組成物を計量して射出成形機内に入れなければならない場合に有利である。シリンダー内で溶融した後、液化ポリマーは、計量デバイス3内に入り、そこで、添加剤が、液体又は糊状組成物として存在する溶融物と混合される。計量デバイス3の後に、添加剤を充填された成形組成物の少なくとも1つの静的混合要素24が配列され、これにより、溶融物流内の添加剤の分布を均質にすることができる。特に図4aから図7のうちの1つに従って、好適な設計の静的混合要素により、最小の剪断力が溶融物内に加えられる。混合要素から出た成形組成物は、圧力の増大及び/又は計量のため、圧力空間及び/又は体積貯蔵空間23内に導入され、前記圧力空間及び/又は体積貯蔵空間の体積は図2に示されているコンベヤー・シリンダー17と同様にセットアップされた射出シリンダー27内で前後に動けるコンベヤー・ピストン16により変化しうる。成形組成物の温度制御については、射出シリンダー27は、囲まれている体積の少なくとも一部に加熱装置18を載せるように設計することができる。成形組成物をシャットオフ手段20から圧縮貯蔵空間及び/又は体積貯蔵空間内へ搬送するための図3に示されている接続通路28は、同様に、成形組成物の著しい温度低下があると通路全長にわたって判断できる場合に加熱装置18を備えることができる。さらに、搬送装置4全体を、射出成形機又は押し出し成形機を運転できるようになった後に、改造することも可能である。また、計量デバイス3は、それぞれの混合要素24とともに、同様に改造することもできるが、それは、関連するスクリュー6、投与装置3、及びそれぞれの混合要素を備えるシリンダー5が独立したモジュールとなっているからである。それに加えて、搬送装置4及び他の成分を計量するための計量デバイス3も、いわゆるスリーピング・チューブとして作られている接続通路28の後に、取り付けることができる。稼働プロセスにおける技術的プロセス目的の条件を満たさない接続通路又は接続管は、一般に、スリーピング・チューブと呼ばれる。これとは別に、モジュール性の概念を接続通路28にも拡大し、接続通路28を単純な方法で、少なくとも1つの追加の接続スタブを有する接続通路で置き換えるようにすることができる。次いで、前述のモジュールの望ましい組合せをこのタイプの接続スタブ上にドッキングすることができる。
【0041】
図4aでは、べたべたする若しくは粘性のある流体又は糊状の組成物への添加剤の計量デバイスの第1の実施例の縦方向断面図が示されている。計量デバイス3は、流体又は流動性のある糊状組成物を受け入れる第1の通路セクション29を備え、流体は通路セクション29を貫流する。流体受け入れ通路セクション29は、特に管として設計されている通路セクションであってよい。流れが生じるか、又は流体を受け入れる通路セクション29は、少なくとも1つの計量要素31を含む。流体受け入れ通路セクションは、適切な強度特性を持つ材料からなる。このタイプの複数の通路セクションは、異なる添加剤を混ぜ合わせる場合に直列に接続することができる。前記通路セクション29は、それぞれ、計量要素31を受け入れるための凹み32を備えることができ、この凹みは通路セクション29の材料により四方を囲まれ、計量要素はこの凹みの中に保持される。計量デバイス3内では、添加剤、例えば発泡剤、特に物理発泡剤とともに流体又は流動性のある糊状組成物の成分の少なくとも1つの含浸が行われる。添加剤は、添加剤供給用の少なくとも1つの通路36を介して圧力下で計量デバイス内に送り込まれる。計量デバイス3は、特にリング通路として作ることができ、通路セクション29上で通路36を経由して供給される添加剤の分配に使用される、流路35を備える。流路35は、ハウジング・セクション37の内壁に凹みとして作られるか、又は通路セクション29の外壁に凹みとして作られ、ハウジング・セクションは、全周を巡るようにして通路セクション29を囲む。ハウジング・セクション37は、通路セクション29上で支持され流体シールで封止される突出部44を備える。突出部44内に適宜必要な封止要素は示されておらず、接合部の接続は、特に、封止溶接接続部又はハンダ接続部により行われ、また代替え手段として備えることもできる。通路36を通してリング通路35に送り込まれる添加剤は、その後、計量要素31を介して、流体又は糊状組成物が流れる、通路セクション29により囲まれている流路に入る。次いで、添加剤は、低圧下において多孔質ケースとして、特に欧州特許第06450123.8号による多孔質シリンダーとして設計することもでき、またLSRを加工するプロセスにおいて、特に最大300バール、好ましくは最大200バールであるより高い圧力において計量要素とともにすでに設計されている通路セクション29として形成することができる、多孔質表面を通り通路セクション29の内部で流れている流体又は糊状組成物と接触する。計量デバイスの考えられる構造設計について、以下で詳しく調べることにする。通路セクション29又は隣接する通路セクション(33、34)は、流体、粘性のある若しくは糊状の組成物、及び添加剤の混合物を十分に、また迅速に混合し、均質化するための静的混合要素24を備えることができる。図4aに示されているように、混合要素は、通路セクション29の下流に配置されている少なくとも1つの通路セクション34内に配置することができる。複数の通路セクション29は、モジュール方式でも構成されているため、対応するハウジング・セクション37とともに、それぞれの混合対象にふさわしい順序で好きなように列の形に配列することができる。図4aでは、上述の計量デバイス内で実行された、含浸工程の後、つまり添加剤を流れている流体又は糊状組成物に供給した後に、この方法で生成された成形組成物は、下流に配置され静的混合要素24を含む通路セクション34内に搬送されることが示されている。静的混合要素では、成形組成物の流れは、先行する混合要素に関してある角度で回転される少なくとも1つの他の混合要素の逐次的接続により分割され、組み換えられ、再配列されることができる。成形組成物中の添加剤の均質化は、成形組成物の流れの中に順次配列される複数の混合要素24により行われ、それぞれ、添加剤を一様に充填された成形組成物が混合経路を出た後も存在するように互いにオフセットする角度で配列される。特によい均質化は、90度の角度で互いにオフセットしている混合要素を使うことで得られた。静的混合要素24は、通路セクションの一部(29、33、34)として作ることができ、特に、混合要素及び通路セクションは、鋳造部分として作られ、溶接されるか、ハンダ付けされるか、又は形状にマッチした方法で接続される。
【0042】
図4bは、流れの主要方向に対し法線方向となるように配置されている平面にそって図4aの配列を通る断面図である。特に、毛細管状の開口部45を備える計量要素31は、図4bに示されている。このタイプの毛細管状の開口部は、リング通路36から、充填される流体又は糊状組成物が配置される流体通路まで延びている。図4bでは、毛細管状の開口部の考えられる異なる態様が示されている、つまり、開口部の通路全長にわたって実質的に一定のままの断面を有し、収縮する、及び/又は膨張する断面を有し、特に、結果として高速な流速で送り込むことになるノズル形状断面を有する。中心又は周縁が膨張する形で作られている断面の場合、水滴の形で添加剤を送り込むのが容易になることがある。開口部の設計は、例えば、示されている実施例に制約されるべきではない。軸が流れの主要方向に対して法線方向にないが、ある角度46で傾斜している毛細管開口部を、特に、備えることができる。添加剤の接線方向の供給は、図4bに示されている断面内における傾斜により行うことができ、これとは別に、又はこれに加えて、開口部45又は計量要素31全体の軸の、流れの主要方向に関する傾斜を、図4aに示されているように設けることができる。特に、ナノ毛細管を持つ結晶は、これらの毛細管に使用することができる。
【0043】
図5aは、リング・ギャップ47として作られている流体、粘性のある、又は糊状の組成物の流路を備える計量デバイスの一実施例を示している。リング・ギャップ47は、流体が流れ、流体受け入れセクション29に作り込まれている通路セクション30により形成される。計量デバイス3は、流体、粘性又は流動性のある糊状組成物を受け入れる第1の通路セクション29を備え、流体は通路セクション29及び流体又は流動性、粘性のある糊状の組成物が流れうる他の通路セクション30を貫流する。流体受け入れ通路セクション29は、特にシリンダー管として設計されている通路セクションであってよい。流体が流れる通路セクション30は、特に、リング・ギャップ内の流速が実質的に一定となるように流体受け入れ通路セクション29に対応する断面発展を有しうる。流れが生じる際に通る、及び/又は流れが周りに生じる通路セクション(29、30)は、少なくとも1つの計量要素31を含む。流体受け入れ通路セクション及び流体が周りを流れる通路セクションは、圧力抵抗性材料からなる。前記通路セクション(29、30)は、それぞれ、計量要素を受け入れるための凹み32を備えることができ、この凹みは通路セクション(29、30)の材料により四方を囲まれ、計量要素はこの凹みの中に保持される。計量デバイス3内では、添加剤、特に物理発泡剤とともに流体又は流動性のある糊状組成物の成分の少なくとも1つの含浸が行われる。添加剤は、添加剤供給用の少なくとも1つの通路36を介して圧力下で計量デバイス3内に送り込まれる。計量デバイス3は、特にリング通路として作ることができ、通路セクション29上で通路36を経由して供給される添加剤の分配に使用される、流路35を備える。図4aのように、流路35は、ハウジング・セクション37の内壁に凹みとして作られ、ハウジング・セクションは全周上で通路セクション29を囲む。通路セクション30の内部に添加剤を搬送するために、他に通路48が備えられる。通路36を通してリング通路35に送り込まれ、通路48を介して通路セクション30のキャビティ49内に送り込まれる添加剤は、その後、計量要素31を介して、流体又は糊状組成物が流れる、通路セクション29により囲まれている流路に入る。図5aでは、計量要素及び凹みの設計にはさまざまなものが考えられることが例として示されている。好適な形態の計量要素の選択は、使用される添加剤に応じて異なる。質的に円形の供給路断面39の形状は、特に、通路セクションの表面全体にわたって流体又は糊状組成物内に導入されるべきである気体又は高揮発性添加剤に使用される。通路セクションの表面と比較して寸法が小さいため、通路セクションの基本材料は、この実施例が特に最大1000バールまでの圧力を使用する高圧プロセスに適するように実質的に弱められることはない。ここでは、多孔質材料から完全に作られている通路、つまり多孔質ケースに出現するような篩い構造とは異なり、計量要素は、互いに、少なくともその最大寸法に等しいサイズだけ隔てられる間隔を有することが重要である。2つの隣接する計量要素の間隔は、合計で、その直径の1から1.8倍、特にその直径の1から1.6倍、特に好ましくはその直径の1から1.5倍に相当すると都合がよい。
【0044】
他の実施例によれば、計量要素は、供給路断面39、長手方向側面40、及び幅方向側面41を備え、長手方向側面40と幅方向側面41との比は、少なくとも1.25となる。このような計量要素の使用は、添加剤が、最小個数の計量要素31を使って流体、粘性又は糊状組成物内に導入されるべき用途に特に適している。このため、同じ体積流量及び添加剤の送り込みに、計量要素31は少なくて済む。この変更形態は、比較的製造しやすく、特に低圧から中圧までの用途に適しているため、費用効果が高い。
【0045】
さらに他の変更形態によれば、計量要素は、凸型及び/又は凹型の限界曲線42を断面内に含む、及び/又はまっすぐの長手方向側面40を断面内に含む供給路断面39を有する。計量要素の第1の指定された変更形態の場合よりも広い表面は、このタイプの計量要素を使用して覆うことができる。さらに、バナナ形の計量要素を使用する場合、計量要素によって覆われる表面が基準パラメータとして使用される場合に前の変更形態による計量要素の場合よりも中から高までの圧力(約30から50バール)において計量要素の耐久性がよいことが観察される。
【0046】
計量要素31は、多孔質又は毛細管状構造を有すると都合がよい。このタイプの計量要素31は、圧入を使って力を伝達する方法で、又は対応するはめ合い幾何学的形状を持つ計量要素がはめ込まれる凹み32の幾何学的形状設計により形状が一致する方法で凹み32内に保持することができ、及び/又は確実に接着される方法で(つまり、特に、溶接接続又はハンダ接続により)通路セクション(29、30)に接続することができる。断面は、円柱形、円錐形、断面円柱形、及び/又は計量要素31の主軸に平行な断面内で断面毎に異なる直径を有する円錐にされる。
【0047】
本質的な態様は、外れないように隣接する通路セクションを互いに接続する接続部38の近くに計量要素を配列する必要はないという点である。接続の領域内のそれぞれの配列の結果として、接続部が弱まる。これが溶接線の問題であれば、一方で、計量要素が通路セクション(29、33、34)と異なる材料で構成することができ、溶接部は、材料のペアリングのせいですでに製造が困難であるという問題が存在する。それに加えて、多孔質計量要素又は毛細管通路を備える計量要素は、それ自体、固有の弱さがあるため強度が低減される成分として考えられる。このタイプの計量要素が、溶接プロセスのせいで追加の歪みを吸収しなければならない場合、計量要素内の微小ひび割れは、すでに、この時点で形成している可能性がある。動作時に、追加の歪みも、成形組成物の圧力により生じる。往復スクリュー、特に振動往復スクリューが、さらに、流体又は糊状組成物の搬送に使用される場合、溶接線に持ち込まれる周期的歪み変動がさらに発生する。この永続的循環の結果として、特に、成形組成物が高圧下で処理される必要がある場合に、ひび割れが広がり、通路セクションの不具合が生じる。このような理由から、計量要素が占有する通路セクションの表面の部分は、1000バールの最大動作圧のときに20%以下でなければならない。
【0048】
以下の構成は、特に構造態様において実現されており、1000バールの最大動作圧で試験された。
【0049】
【表1】


【0050】
図5bは、流れの主要方向に対し法線方向となるように配置されている平面にそって図5aの配列を通る断面図である。特に、流体又は糊状組成物を含む流路の内側に突き出ている計量要素31が図5bに示されている。添加剤を幅の広い辺縁部に送る作業は、添加剤濃度の高い成形組成物が広い辺縁部内で得られるように、このタイプの計量要素を使ってすでに行われている。それに加えて、計量要素は、流路内にオフセットする形で配列されるか、又は計量要素は、図4a、図4b、図5a、図5b、図6、図7に示されているような少なくとも2つの異なる設計で順次配列されることが可能である。図5bには、通路セクション29と通路セクション30との間の流路内に混合要素を配列することは示されていない。このタイプの混合要素は、例えば、欧州特許第1153650A1号で作られた混合要素と同様にして作ることができる。
【0051】
図6は、細長い構造を有する計量要素を備える計量デバイス、及び計量デバイス内に配列された混合要素に対する他の実施例を通る縦方向の断面図である。前の図においてすでに説明されている構成要素の機能は、この時点ではさらに詳しく調べることをしない。図6に示されている実施例の助けを借りて、混合距離を短縮することが可能である。それに加えて、添加剤及び流体若しくは糊状組成物をさらに混合する作業が特に辺縁流領域で行えるように、流路の内部空間内に突出する計量要素も備えることができる。
【0052】
図7は、混合要素に組み込まれている計量要素を示す。図4a、図4b、図5a、及び図6に示されている混合要素24は、混合要素の内部にボアとして配置されている分配器通路50を備える。図7による解決策は、特に、直に混合効果の現れる大きな直径の流路に添加剤を送るのに適している。
【0053】
ここでは詳細に示されていない、他の可能性も、大きな直径の流路で使用することができる。流れは、互いに平行に延びる複数の部品通路に分割されるが、これは、すでに、例えば、本出願の不可欠な一部としてその全体に含まれるまだ未公開の欧州特許第06405129.5号において調べられている。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】液体状の、粘性のある、又は糊状の成形組成物から成形部品を製造するための装置の図である。
【図2】液体状の、粘性のある、又は糊状の成形組成物から成形部品を製造するための装置の他の実施例を示す図である。
【図3】液体状の、粘性のある、又は糊状の成形組成物から成形部品を製造するための装置の第3の実施例を示す図である。
【図4a】粘性流体又は糊状組成物への添加剤の計量デバイスの第1の実施例の縦方向断面図である。
【図4b】図4aによる計量デバイスの流れの主要な方向に対する法線方向の断面を示す図である。
【図5a】リング・ギャップを持つ計量デバイスの第2の実施例を示す図である。
【図5b】図5aによる計量デバイスの流れの主要な方向に対する法線方向の断面を示す図である。
【図6】細長い構造を有する計量要素を備える計量デバイス、及び計量デバイス内の混合要素に対する他の実施例を通る縦方向の断面図である。
【図7】混合要素に組み込まれている計量要素を示す図である。
【符号の説明】
【0055】
1 リザーバー
2 ポンプ
3 計量デバイス
4 コンベヤー装置
5 シリンダー
6 スクリュー
7 往復スクリュー
8 矢印
9 入口スタブ
10 ピストン、拡大断面
11 端部面
12 端部面
13 シール・ポット
14 回転弁
15 加熱装置
16 コンベヤー・ピストン
17 コンベヤー・シリンダー
18 加熱装置
19 回転手段
20 シャットオフ手段
21 ノズル
22 ガス・ノズル
23 圧縮又は体積貯蔵空間
24 混合要素
25 キャビティ
26 成形工具
27 射出シリンダー
28 接続通路
29 通路セクション(流体受け入れ)
30 通路セクション(流体が周りを流れる)
31 計量要素
32 凹み
33 上流に配列された通路セクション
34 下流に配列された通路セクション
35 リング通路
36 添加剤供給用の通路
37 ハウジング・セクション
38 接続
39 供給路断面
40 長手方向側面
41 幅方向側面
42 限界曲線
43 計量要素の主要軸
44 突出部
45 毛細管状開口部
46 角度
47 リング・ギャップ
48 通路
49 キャビティ
50 分配器通路
【出願人】 【識別番号】505150095
【氏名又は名称】スルザー ケムテック アクチェンゲゼルシャフト
【出願日】 平成19年8月22日(2007.8.22)
【代理人】 【識別番号】100066692
【弁理士】
【氏名又は名称】浅村 皓

【識別番号】100072040
【弁理士】
【氏名又は名称】浅村 肇

【識別番号】100072822
【弁理士】
【氏名又は名称】森 徹

【識別番号】100087217
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 裕


【公開番号】 特開2008−49705(P2008−49705A)
【公開日】 平成20年3月6日(2008.3.6)
【出願番号】 特願2007−215456(P2007−215456)